Системы и их закономерности

В целях более объективного исследования систем необходимо сочетание  двух подходов. Обычно считается более  целесообразным начинать изучение систем с макроуровня, а затем ииследовать  микроуровень. Тем не менее иногда может оказаться более рациональным подход, когда исследование системы  начинается на микроуровне.

Связи. Связи – это то, что соединяет элементы и свойства системы в единое целое. Любая связь между какими-либо двумя элементами в соответствии с ее направленностью от одного элемента к другому является выходом первого из них и в то же время входом второго. Связи между подсистемами одного и того же уровня называются горизонтальными, а связи системы со всеми подсистемами соподчиненных иерархических уровней – вертикальными.

Для каждой системы связи  со всеми подсистемами и между  ними называются внутренними, а все  остальные связи – внешними. Взаимодействие системы с внешней средой осуществляется с помощью целенаправленных связей.

Информационные  ресурсы внешней среды. Информационные ресурсы внешней среды – множество элементов любой природы, существующие вне системы и оказывающие на нее влияние. Для того, чтобы элементы внешней среды могли влиять на систему или испытывать ее воздействие, необходимы связи. В любой системе число всех существующих внешних взаимосвязей очень велико. Исследовать абсолютно все связи практически невозможно. Поэтому их число приходится ограничивать. Задача исследователей состоит в том, чтобы определить с учетом возможностей Интернет из множества существующих взаимосвязей с внешней средой такие, которые в значительной степени влияют на систему.

Информационные  ресурсы внутренней среды. Это ситуационные факторы между элементами во внутренней среде системы определенной природы. В организациях, создаваемых людьми, элементы во внутренней среде являются результатом управленческих решений и постоянно меняются под влиянием внешней среды. Основными переменными во внутренней среде организаций, требующих внимания руководства, являются цели, структура, функции, связи, технические устройства, технологии и люди.

Структура. Структура – совокупность связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие (от structura – строение, порядок). У каждой подсистемы определенного уровня существует соподчиненные подсистемы либо непосредственно, либо через промежуточные подсистемы. Множество подсистем, которые стоят ниже и подчинены данной системе, называют ее вертикалью.

Функции. Функция – целенаправленный набор действий, операций или процедур (от англ. function – обязанности, действия). Функции системы обычно представляются в виде набора некоторых преобразований, которые, как правило, делятся а две группы. Первая группа функций связана с преобразованием входов в систему. Это значит, что при определенном наборе значений входных данных осуществляется такое преобразование, при котором система придет в состояние, характеризуемое набором некоторых внутренних ее параметров. Вторая группа преобразований связывает состояние системы с ее выходами. При определенном наборе значений внутренних параметров преобразования обеспечивают некоторый набор значений выходных параметров. С точки зрения внешней среды функции системы заключаются в том, что при определенном наборе значений входных параметров выходные параметры принимают соответствующие этому набору значения. Задача специалистов, занимающихся исследованием систем, заключается в определении содержания множеств элементов на входе в систему, зависимостей между ними и возможных преобразований входных данных во внутренней среде системы.

Целевая функция. Функция в экстремальных задачах, минимум или максимум которой необходимо найти, называется целевой. Экстремальному значению целевой функции обычно соответствует оптимальное решение. Различают линейные, нелинейные, выпуклые и другие целевые функции. В том случае, если допустимое множество экстремальной задачи есть пространство функций, тогда используют термин «целевой функционал».

1.2 Классификация систем  и их  характеристика.

Множество систем, существующих в мире, можно классифицировать в  зависимости от ряда признаков. Классификация  – научный метод, заключающийся  в дифференциации всего множества  объектов и последующее их объединение  в определенные группы на основе какого-либо признака. При общем подходе к  классификации систем выделяются следующие  признаки (рис. 1.2):

- по происхождению;

- по объективности суждения;

- по взаимодействию с  окружающей средой;

- по действию во времени;

- по обусловленности действия;

- по степени сложности.

Рис. 1.2

 

 

 

 

По происхождению. В зависимости от происхождения системы могут быть естественными и искусственными. К естественным, или природным, следует отнести галактики, Солнечную систему, планеты, материки, экосистемы, биологические системы (в том числе и человека). Искусственные (антропогенные) системы обязаны своим происхождением труду человека. Их можно разбить в основном на два подкласса – физические, социально-экономические.

Физические системы олицетворяют такие системы, у которых в  качестве элементов выступают неживые  составляющие. К таким системам относятся  машины, оборудование, транспортные средства и т. п.

Социально-экономические  системы являются объединением в  организации людей и машин  при выполнении определенных функций  для достижения поставленных целей. С точки зрения терминологии социально-экономические  системы иногда называют биофизическими или социотехническими, хотя сущность и содержание систем от этого не меняется.

К социально-экономическим  системам относятся государство  и народное хозяйство любой страны в целом, территориальные и городские  образования, организации по производству продукции и оказанию услуг. Создавая такие системы, человек в первую очередь стремится удовлетворить  свои потребности в пище, одежде, жилье, безопасности, творчестве. Потребность  представляет собой внутреннее состояние  психологического или физиологического ощущения недостаточности чего-либо. Постоянно возрастающие потребности  человека приводят к объективной  необходимости создания новых эффективных  технологий и автоматизированных систем управления, способных на определенном этапе эволюционного развития человечества удовлетворить его возрастающие потребности. В дальнейшем социально- экономические системы будут  рассматриваться как сложные  иерархические системы.

По объективности  существования. По объективности существования  системы делятся на материальные и идеальные. Материальные системы существуют объективно, то есть независимо от человека. Идеальные системы существуют в сознании человека в виде гипотез, образов и представлений. Такие системы выступают в виде системного построения формул, уравнений, определенных схем.

По взаимодействию с окружающей средой. Системы в зависимости от взаимодействия с окружающей средой могут быть закрытыми или открытыми.

Закрытая  система характеризуется тем, что любой элемент такой системы имеет связи только с элементами этой системы. Она не имеет связей с внешней средой, ее элементы взаимодействуют друг с другом только внутри системы. Закрытые системы представляют собой абстракцию и реально таких систем не существует. Но это понятие является весьма полезным при исследовании поведения систем, у которых произошел обрыв внешних связей.

Открытой считается такая  система, у которой, по крайней мере, один элемент имеет связь с  внешней средой. Все реальные системы  являются открытыми. Даже в абстрактной  закрытой системе предполагается наличие  внешних связей, которые в определенном случае считаются несущественными. В том случае, если временной разрыв или характеристика внешних не вызывает отклонений при функционировании системы  выше заранее установленных пределов, тогда система связана с внешней  средой слабо. В противном случае она связана с внешней средой сильно.

По действию во времени. Системы в зависимости от времени действия делятся на статические и динамические.

Статические системы характеризуются неизменностью, то есть их параметры не зависят от времени. Устойчивая деятельность системы определяется постоянством элементов внешней и внутренней среды. В отличие от статических, динамические системы и их параметры связаны со временем, то есть являются функцией времени. В реальной жизни статических систем практически не существует.

По обусловленности  действия. По обусловленности действия системы могут быть детерминированными и вероятностными. В детерминированных системах все элементы системы взаимодействуют заранее предвиденным образом. Вероятностные системы отличаются тем, что для них нельзя сделать точного детального предсказания поведения системы и только с определенной степенью вероятности можно ожидать появления того или иного события. Для прогнозирования поведения таких систем используется теория вероятностей.

По степени  сложности. По этому признаку системы делятся на простые, сложные и особо сложные. Простые системы относятся к наименее сложным и характеризуются небольшим числом внутренних и внешних связей. Для сложных и особо сложных систем характерным признаком является наличие разветвленной структуры и большого числа внешних и внутренних связей. Отличительной особенностью особо сложных систем является отсутствие возможности точного и подробного их описания.

Формального определения  сложной или особо сложной  системы до настоящего времени пока не существует. Понятие сложной, особо  сложной системы возникло в результате появления системного подхода к  исследованию систем. Специфика системного подхода привела к возникновению  общей теории систем.

Сложные и особо сложные  системы обладают рядом особенностей. Первая особенность таких систем – целостность их реакций, как  это наблюдается в биологических  системах. Вторая – большая размерность, заключающаяся в большом количестве элементов, количестве выполняемых  функций. И третья особенность –  сложность поведения системы, состоящая  в том, что изменение одного параметра  в системе влияет на многие другие.

Следует отметить, что приведенная  классификация не претендует на свою оригинальность и законченность. Проблема состоит в том, что системы  могут быть классифицированы в зависимости  от конкретных целей и решаемых задач, а также постоянно проводимых исследований, возникающих на практике в конкретных ситуациях.

1.3 Основные закономерности  систем.

Все системы обладают определенными  объективными закономерностями. Основными  закономерностями систем являются:

- целостность;

- неаддитивность;

- эмерджентность;

- синергизм;

- обособленность;

- совместимость;

- адаптивность.

Рассмотрим сущность и  характеристику приведенных закономерностей, отражающих поведение систем во времени  и пространстве.

Целостность. Целостность системы характеризуется рядом свойств и особенностей. Многогранность целостности отражается с помощью таких понятий, как наличие у всей системы общей цели, дифференциация, интеграция, симметрия, ассимметрия. Понятие «дифференциация» отражает свойство расчленения целого на части, проявление разнокачественности его частей. Противоположное ему понятие «интеграция» связано с объединением совокупности соподчиненных элементов в единое образование. Симметрия и ассимметрия отражает степень соразмерности в пространственных и временных связях системы.

Система перестает быть таковой, если она теряет, хотя бы одно из приведенных  свойств целостной системы. Например, если динамическая система не обладает ни одним типом симметрии (sim=0), тогда она не имеет динамических связей между элементами. С другой стороны, при бесконечном количестве типов симметрии (sim=∞) динамическая система не является комплексом элементов, взаимодействующих для получения определенного эффекта. При условии sim=∞ в системе реализуются такие связи, которые дают на всех выходах нулевой эффект. В связи с этим каждый признак целостности может характеризоваться каким-либо числом. Например, число типов симметрии в системе конечно (0< sim<∞). Симметрия универсальна и широко распространена в природе.

Неаддитивность. Неаддитивность системы означает появление нового качества системы, возникающее в результате интеграции отдельных элементов или подсистем в единое целое. То есть сумма эффектов от реализации отдельных элементов или подсистем не равна эффекту от реализации системы в целом. Эффект от системы в целом больше, чем эффект от суммы эффектов отдельных элементов или подсистем. Такое положение обусловлено тем, что при декомпозиции системы происходит неизбежный разрыв горизонтальных и вертикальных связей в системе, что в свою очередь приводит к потере качества взаимодействия отдельных элементов или подсистем. В этом случае идет процесс потери эффекта от системного взаимодействия элементов и подсистем.

Эмерджетность. Эмерджетность означает появление у системы эмерджетных свойств, которые не присущи составляющим ее элементам. Она является одной из форм проявления диалектического принципа перехода количественных изменений в качественные. При синтезе (формировании) системы как органического целого за счет вовлечения новых элементов или вследствие преобразования структуры взаимосвязей между элементами ее части претерпевают качественные элементы. Так что некоторый объект как элемент целостной системы не тождествен аналогичному объекту, взятому изолированно. Например, в естественных науках эмерджетные свойства при проведении химических реакций описываются в форме естественно-научных законов и закономерностей.

Эмерджетность в социально-экономических  системах весьма разнообразна. На макроуровне  с эмерджетными свойствами связаны  такие явления, как социальный престиж, реализация крупномасштабных мероприятий, прежде всего в области фундаментальных  исследований. На микроуровне выражением эмерджетности являются эффект крупного производства, эффект агломерации, социальные последствия ускоренной урбанизации. Любой эффект взаимосвязи и взаимодействия, неаддитивный по отношению к локальным  эффектам, следует рассматривать  как проявление эмерджетности. Интересы системы, связанные с усилением  позитивных и ослабленных негативных эмерджетных эффектов, называются эмерджетными интересами.

Синергизм. Синергизм означает однонаправленность действий, происходящих в определенной системе, результатом чего является повышение конечного эффекта. При однонаправленной деятельности отдельных людей, объединенных единой целью и решением одних и тех же задач, появляется дополнительный эффект, который в конечном итоге приводит к повышению эффективности конечного результата. Нарушение однонаправленности действий людей в любой системе приводит к потере эффекта синергизма. К сожалению, научного обоснования такого явления пока нет.